Control de un intercambiador de calor de doble tubo en contracorriente

Abstract

El presente trabajo abarca el modelado del sistema dinámico de un intercambiador de calor de doble tubo, donde participan dos corrientes en el proceso, una actúa como fuente de calor y la otra actúa como receptora del calor, el cual se transfiere a través de las paredes metálicas de los tubos que conforman el equipo (contacto indirecto). Los equipos utilizados para calentar fluidos emplean generalmente vapor de agua como fuente de calentamiento, los equipos utilizados para enfriar fluidos emplean usualmente agua como fluido de enfriamiento. Cuando existe una diferencia de temperatura entre un tubo y el fluido que circula por él, se transfiere calor entre la pared del tubo y el fluido. De acuerdo con la transferencia de calor, debemos de controlar la temperatura Tp del proceso cuando está operando en contracorriente para así mantener un balance energético del sistema. Para este estudio, se ha organizado el trabajo en cuatro capítulos de la siguiente forma: En el capítulo I se formula el problema a resolver, explicando el tipo de intercambiador de doble tubo fluido-fluido para realizar las prácticas sobre transferencia de calor. Se presenta los tipos básicos de intercambiadores de calor y se mencionan sus principales características de operación. En el capítulo II se realiza el modelamiento del proceso considerando datos experimentales, cuyas temperaturas son procesadas hasta alcanzar el estado estacionario. En el capítulo III se hace un estudio y diseño del algoritmo PID discreto. Se realizan las simulaciones desarrolladas en Simulink de MA TLAB, comparando con la respuesta de un controlador en tiempo continuo. En el capítulo IV se hace un estudio y diseño de un controlador óptimo cuadrático estacionario. Se realizan las simulaciones para el caso de respuesta al escalón y otra simulación en respuesta a una trayectoria escalonada variable. Finalmente, se presentan las conclusiones del presente trabajo indicando el rendimiento de las técnicas de control desarrolladas en los capítulos III y IV, y en el Apéndice A se presentan los programas escritos en código MA TLAB.